中国科普大奖图书典藏书系夜空中最亮的星:古今物理二十杰

　　《夜空中*亮的星 古今物理二十杰/中国科普大奖图书典藏书系》：　　物理学的支点——物理学之父阿基米德　　1.“尤里卡！尤里卡！”　　关于阿基米德，大家都知道这个故事：　　相传叙拉古赫农王让工匠替他做一顶纯金的王冠，做好后，国王疑心工匠在金冠中掺假，但这顶金冠确与当初交给金匠的纯金一样重。工匠到底有没有捣鬼呢？既想检验真假，又不能破坏王冠，这个问题不仅难倒了国王，也使诸大臣面面相觑。后来，国王请阿基米德来检验。*初，阿基米德也是冥思苦想而一筹莫展。一天，他在家洗澡，当他坐进澡盆里时，看到水往外溢，同时感到身体被轻轻托起。他突然悟到可以用测定固体在水中排水量的办法来验证金冠是否是纯金的。他兴奋地跳出澡盆，连衣服都顾不得穿上就跑了出去，大声喊着“尤里卡！尤里卡！”（希腊文“eureka”，意思是“我知道了”）。　　他经过进一步的实验以后，便来到了王宫，他把王冠和同等质量的纯金放在盛满水的两个相同的盆里，比较两盆溢出来的水，发现放王冠的盆里溢出来的水比另一盆多。这就说明王冠的体积比相同质量的纯金的体积大，由此证明了工匠在王冠里掺进了其他金属。　　这个故事流传广泛，*早见于古罗马建筑师维特鲁威的记载。我们不妨来谈谈故事中有趣的地方：　　首先，工匠为什么要掺假？以银子为例，金子贵而银子便宜，用同样重量的银子代替金子，工匠可以私吞一些金子，而且金银合金比纯金硬度高，更易于制作工艺品。但是，欺骗国王后果可是很严重的，国王也知道同样体积的金子会比银子重差不多一倍，工匠为什么有胆量占国王的便宜呢？这是因为打造好的王冠是不规则的形状，工匠掺杂的银子又是随机分布在王冠上的，因此，除非把王冠熔化，否则是没法和同样质量的金块比较的。而工匠认为国王不会通过把王冠熔化来弄清楚这件事，这样代价太大了。不过工匠没想到，国王提出了一个好问题：如何既不把王冠弄坏，又找出答案。他更没想到，叙拉古还有一个旷世的“问题终结者”。当阿基米德灵光一现，意识到这个问题的实质等同于“如何测量不规则形状的物体的体积”时，一直在思考浮力问题的他得到答案应该是迟早的事，正好在澡盆里发现只是让这个故事增添了几分传奇色彩。　　更有趣的是阿基米德竟然是在澡盆里想出答案的，这是很特别的，不光是他灵光闪现悟到了问题的关键是测量王冠的体积，更奇特的是，根据史料记载，阿基米德不爱洗澡！比他晚300年的罗马作家普鲁塔克在《比较列传》中对阿基米德的描述是：“经常忘记吃饭，也不注意外表。有时候太不像话了，朋友们就强行拉他去洗个澡，还得确信他浴后涂了芳香油。”所以可以想象他洗澡时大喊“尤里卡”的喜悦为什么会给人那么深刻的印象了。　　我们知道后来有一个故事，可以叫“尤里卡续集”：　　青年数学家阿普顿刚到爱迪生的研究所工作时，爱迪生想考考他的能力，于是给了他一只实验用的灯泡，叫他计算灯泡的容积。一个小时过去了，爱迪生回来检查，发现阿普顿仍然忙着测量和计算。爱迪生说：“要是我，就往灯泡里灌水，然后将灯泡里的水倒入量杯，就知道灯泡的容积了。”这时，阿普顿的感受，应该是一个感叹版本的“尤里卡”吧。　　阿基米德和爱迪生找到解决问题的方法时所用的思维方式叫作直觉思维。毫无疑问，身为数学家的阿普顿，他的计算才能及逻辑思维能力是没有受过正规教育的爱迪生所需要的。但是，他缺少像阿基米德和爱迪生那样的直觉思维能力。　　直觉思维，是指在对疑难百思不得其解之时，能突然产生“灵感”和“顿悟”，甚至对未来事物的结果有“预感”“预言”。直觉思维是种心理现象，省去了一步一步分析推理的中间环节，而采取了“跳跃式”的思考方式。但是，直觉思维又不是简单的猜想，直觉偏爱知识渊博、经验丰富的人，只有他们才能够在很难分清各种可能性优劣的情况下得到*优解。一瞬间的思维火花，再加上长期思考的积累，才会升华并进发出灵感和顿悟，这种灵感和顿悟是思维过程的高度简化，但是它却能够清晰地触及事物的“本质”。　　在拥有渊博的知识、严谨的逻辑思维能力的基础上，拥有高超的直觉思维能力，是许多大科学家、大物理学家拥有的共同特点，这种人往往也被人们称为“天才”。　　……